光学光谱仪制造技术

一个示例中提供一种装置，包括由基板支撑的微流体通道。一种光学光谱仪，包括由基板支撑的波导。波导包括耦合器和输出耦合器。光源将光引导到波导的耦合器。光学传感器由基板支撑。光学传感器中的每个被光耦合到输出耦合器中的一个。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光学光谱仪
技术介绍
光学光谱仪根据波长或频率检测光的强度。现有的光谱仪难以制造且昂贵。现有的光谱仪难以集成到用于血细胞计数的微流体系统中。附图说明图1是示意性地示出示例微流体流体传感器的剖视图。图2是示意性地示出另一示例微流体流体传感器的剖视图。图3是使用微流体流体传感器感测流体的示例方法的流程图。图4是示意性地示出另一示例微流体流体传感器的顶视图。图5-16是示出另一示例微流体流体传感器的形成的剖视图。图17是示出图5-16中生产的微流体流体传感器的完成的截面图。图18是图18的微流体传感器的顶视图。图19是示意性地示出另一示例微流体流体传感器的剖视图。图20是图19的微流体流体传感器的顶视图。图21是形成光谱仪和包括该光谱仪的微流体流体传感器的示例方法的流程图。图22是示例光谱仪的剖面图。图23是形成有图21的光谱仪的微流体流体传感器的剖视图。具体实施方式图1是示出示例微流体流体传感器20的剖视图。微流体流体传感器20集成光谱仪以分析流体和流体成分。微流体流体传感器20包括基板22、微流体通道24和光学光谱仪25。基板22包括在其上支撑传感器20的剩余部件和相关电子器件的基底或平台。在一个实施例中，基板22包括硅。在其他实施例中，基板22可包括其他材料。在一个实施例中，基板22被提供作为晶片的一部分，该晶片被冲切成单个芯片。微流体通道24包括在基板22上或基板22内形成的导管或通路，被感测和分析的流体被引导通过该导管或通路。微流体通道24具有宽度和高度，每个都在亚毫米级。在一个实施例中，微流体通道24具有宽度和高度，每个所具有的尺寸都在5和200μm之间，标称尺寸在5和50μm之间。虽然被图示为线性的，但微流体通道24可具有弯曲、蛇形、分支或其他形状。光学光谱仪25包括使用光学光谱测定法检测或感测微流体通道24内的流体的不同特性的器件。光学光谱仪25分析穿过或通过微流体通道24且与通道24内的流体相互作用的光。光学光谱仪25通过模式干涉法分析这种光。在图示的示例中，光学光谱仪25与微流体通道24集成为单个基板或芯片的一部分。为了本公开的目的，关于芯片、基板或微流体通道的术语“集成”意味着一器件或部件与芯片或基板是一体的，或者该器件或部件是置入为或作为芯片或基板的一部分，由于该器件或部件的结构被形成或制作在芯片或基板上，使得它们在不被切开或切掉芯片或基板的一部分的情况下就不能轻易分离。结果，微流体流体传感器20可以是紧凑的(小型化)，不太复杂和自完备的。光学光谱仪25包括波导27、光学传感器28和光发射器或光源30。波导27包括引导电磁波的光导管或其它结构。波导27传输不同频率或频率范围的光。波导27可包含一种材料或多重材料，如氮化硅、碳化硅和磷化镓，便于光传输通过可见和近红外频率。波导27包括输入耦合器36和输出耦合器38。输入耦合器36被集成到波导27中，以促进光输入到波导27中。在一个实施例中，输入耦合器36包括光栅耦合器，其中光栅耦合器被提供有用于入射光的衍射和/或反射的预定间距、蚀刻角和/或占空比。在另一个实施例中，输入耦合器36包括角度刻面(facet)，用于通过全内反射将入射光引导到波导中。在一个实施例中，输入耦合器36促进特定频率或频率范围的输入到波导27中。输出耦合器38被集成到波导27中，并促进由波导27传输的所选成分、频谱或频率的光的排放或输出。在图示的示例中，输出耦合器38包括用作散射对象的光栅。输出耦合器38对由于多模干涉而在波导27中形成的光强度的驻波图像进行采样。该被采样的光图像被引导到光电二极管702。所检测的光图像可以被数字处理(例如，使用离散余弦变换)以获得波导27中的光的频谱。在一个实施例中，每个输出耦合件38包括对部分驻波图案进行采样的散射体，其中光的采样被引导到相应的光学传感器28。在这一实施例中，散射体自身可以通过以下几种方式制作。在一个实施例中，形成输出耦合件38的散射体包括“弱”光栅，只有2或3个周期和浅蚀刻凹槽。虽然从这些光栅散射的光有一定的方向性，但到达光电二极管的光的比例增加。在另一实施例中，形成输出耦合器的散射体可以包括波导27中的单个槽或孔。在该情况下，光完全不是方向性的；然而，这种散射体可以相对容易制造，并且在宽频率范围内工作。在又一个实施例中，形成输出耦合器38的散射体可以包括放置在波导27的顶部或下方的金属脊或隆起。光学传感器28收集从相应的输出耦合器38发射的光、能量和/或信号。在阐述的示例中，每个光学传感器28与输出耦合器38的相应一个相互对准，并且具有与相应的输出耦合器38基本相同的空间频率。在一个实施例中，每个光学传感器28包括光敏传感器，如电荷耦合器件。电荷耦合器件的一个例子是光电二极管。每个光学传感器28基于从相应的输出耦合器38接收到的光采样输出信号。将来自所有光电二极管的信息一起结合并分析(使用傅立叶分析或相关类型的重构算法)来确定光的频率，并检测微流体通道24中的流体的确定性质。光源30包括在基板上或在基板内形成的器件，该器件引导电磁辐射，例如光，穿过微流体通道24，最终到达光学传感器28。光源30将光传送通过微流体通道24到波导27。在一个实施例中，光发射器30发射或传送一定频率和/或波长范围的光。在一个实施例中，光源30包括光产生装置，例如发光二极管。在一个实施例中，光源30包括诸如紫外发光二极管的窄带光源。在一些实施例中，紫外光可用于在微流体通道24内的流体中激发发光标记物的光致发光响应。在另一实施例中，光源30包括宽带光源，例如白色发光二极管，以激发反射和散射信号或者光致发光反应。在另一实施例中，光源30包括开口或透明窗口，通过该开口或透明窗口，光从未必由基板22支撑的外部源(宽带光源或窄带紫外光源)照亮微流体通道24。图2是示出微流体流体传感器120、上述微流体流体传感器20的示例实施例的剖视图。传感器120包括基板22、微流体通道24、光学光谱仪125、泵126、输出132和流体分析电子器件134。基板22和微流体通道24以上关于传感器20被描述。在图2的剖视图中，通道24被透明基板层135部分包围。光学光谱仪125与光学光谱仪25相似。光学光谱仪125包括波导127、光学传感器28(如上描述)和光源130。波导127传输不同频率或频率范围的光。波导127可包括促进光传输提供可见和近红外频率的一种材料或多种材料，如氮化硅、碳化硅和磷化镓。波导127可以包括输入耦合器36、模式滤波器137和输出耦合器38。上面描述了输入耦合器36和输出耦合器38。在阐述的示例中，波导127在基板22上制造，通过粘附层139粘附在基板122上。模式滤波器137在输入耦合器36和包含输出耦合器38的波导127的多模部分之间延伸。模式滤波器137仅传输单一的空间模式，并且偏离中心地连接到多模波导127。这可能导致控制良好的启动条件(launchcondition)，其中在多模波导127的开始处激发空间模式的特定叠加。在一个实施例中，模式滤波器137还包括选择性地移除特定频率的光的集成光栅滤波器(未显示)。这可能是有用的，例如，在荧光光谱学中，去除不需要的激发光。在这样的实施例中，光栅滤波器具有预定间距、蚀刻角和/或占本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种装置，包括：基板；由所述基板支撑的微流体通道；光学光谱仪，包括：由所述基板支撑的波导，所述波导包括输入耦合器和输出耦合器；光源，用于将光引导到所述波导的所述输入耦合器；和由所述基板支撑的光学传感器，所述光学传感器中的每个被光耦合到所述输出耦合器中的一个。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种装置，包括：基板；由所述基板支撑的微流体通道；光学光谱仪，包括：由所述基板支撑的波导，所述波导包括输入耦合器和输出耦合器；光源，用于将光引导到所述波导的所述输入耦合器；和由所述基板支撑的光学传感器，所述光学传感器中的每个被光耦合到所述输出耦合器中的一个。2.权利要求1所述的装置，进一步包括由所述基板支撑的微流体泵，用于移动流体通过所述微流体通道。3.权利要求2所述的装置，其中所述微流体泵包括热喷墨电阻器。4.权利要求1所述的装置，其中所述光学传感器和所述输出耦合器位于所述微流体通道的同一侧。5.权利要求1所述的装置，其中所述光学传感器和所述输出耦合器位于所述微流体通道的相反侧。6.权利要求1所述的装置，进一步包括：由所述基板支撑的第二微流体通道；由所述基板支撑的第二波导，该波导包括第二输入耦合器和第二输出耦合器；和第二光源，用于引导不同于所述光的第二光穿过所述第二微流体通道与所述第二波导的所述第二输入耦合器接合；由所述基板支撑的第二光学传感器，所述第二光学传感器中的每个被光耦合到所述第二输出耦合器中的一个。7.权利要求1所述的装置，进一步包括：由所述基板支撑的参考微流体通道：由所述基板支撑的参考波导，所述参考波导包括参考耦合器和参考输出耦合器；通向所述参考微流体通道的输入，该输入包括柱形过滤器；和由所述基板...

【专利技术属性】
技术研发人员：查理斯·M·圣托里，亚历山大·戈维亚迪诺夫，
申请(专利权)人：惠普发展公司，有限责任合伙企业，
类型：发明
国别省市：美国,US